10596

Математическое моделирование системы индукционного нагрева

Доклад

Математика и математический анализ

Математическое моделирование системы индукционного нагрева. Система индукционного нагрева представляет собой в общем случае источник питания индуктор нагреваемое тело и окружающую среду. Источник питания будь то генератор повышенной частоты тиристорный п...

Русский

2013-03-29

32.53 KB

30 чел.

Математическое моделирование системы индукционного нагрева.

  Система индукционного нагрева представляет собой, в общем случае, источник питания, индуктор, нагреваемое тело и окружающую среду.

  Источник питания будь то генератор повышенной частоты, тиристорный  преобразователь частоты, ламповый генератор или просто понижающий трансформатор, в ряде является довольно сложным. Рассматривать его мы не будем, т.к. отдельные стороны его функционирования излагались в курсе « Источники питания ЭТУС», и кроме того, существует теория электропривода, вполне позволяющая выяснить характер поведения источника питания  как объекта управления.

  Таким образом, будем рассматривать систему индуктор - нагреваемое тело – окружающая среда. Эта система описывается системами уравнений для электромагнитного и теплового полей.

 Прежде чем записать уравнение из этих систем сделаем ряд общепринятых для таких задач допущений (без них задача становится гораздо сложнее при незначительном выигрыше в точности).

  1. Электромагнитное поле принимается квазистационарным. Под этим понимается отсутствие запаздывания электромагнитной волны в воздухе (но не в металле). В иной формулировке длины ЭМ – волны в воздухе много больше геометрического размера системы (например длины индуктора). Это допущение позволяет пренебречь токами смещения по сравнению с токами в проводниках.  
  2. Расчет установившихся ЭМ - процессов можно проводить для величин, меняющихся по гармоническому закону. При этом ошибка в определении интегральных и распределенных энергетических параметров невелика. Это позволяет широко использовать символический метод для расчета ЭМ – полей в нелинейных ферромагнитных средах.
  3. Потери на гистерезис при нагреве ферромагнитных тел много меньше, чем на вихревые токи. Поэтому можно считать зависимость μ(Н) однозначной, а саму проницаемость – действительной величиной.
  4. Потери на гистерезис и вихревые токи в магнитопроводе не оказывают заметного влияния на ЭМ – поле вне его и их возможно учитывать отдельно при расчете теплового режима в магнитопроводе.

  Теперь запишем систему уравнений, описывающую электромагнитный процесс в поглощающих средах

rot H=J=γE;                                                                                (1)

  rot E= -= -;                                                              (2)

  div B=0;                                                                                       (3)

  div D=div()=.                                                              (4)

  Здесь Н, В, Е и D – векторы напряженности и индукции магнитного и электрического полей; J – вектор плотности тока.

  Уравнение (1) представляет собой обобщенный закон полного тока в дифференциальной форме. Уравнение (2) есть закон электромагнитной индукции в дифференциальной форме. Оба эти уравнения выражают тот факт, что переменные электрические и магнитные поля существуют совместно и являются разными сторонами единого электромагнитного процесса. Уравнение (3) является выражением принципа непрерывности магнитного потока, означающего отсутствие источников магнитного поля, а уравнение (4) представляет собой дифференциальную форму теоремы Гауса, утверждающей, что источником электрического поля являются электрические заряды.

  Температурное поле описывается дифференциальным уравнением в частных производных, вид которого зависит от формы нагреваемого тела. Для тела прямоугольной формы уравнение примет вид

.                                       (5)

   Условия теплообмена, начальные условия записываются в виде уравнений, соответствующих граничным условиям 1, 2 и 3-го рода. Например, если принять участвующей в теплообмене только одну грань с координатами х=Х; у,z=var, то уравнения будут иметь вид

  ГУ1:      T(x,y,z)=;                                                                     (6)

  ГУ2:     q;                                                                   (7)

  ГУ3:     .                                         (8)

  Более сложный вид ГУ, например, теплообмен излучением целесообразно привести к виду (7) или (8). Это упростит аналитическое решение.

ГУ4:     

  Совместное решение уравнений (1)-(4) и (5)-(8) является очень сложной задачей. Но, к счастью, этого и не требуется для задач в области ЭТУ. Чаще всего решение электромагнитной и тепловой задач производится отдельно, что вполне допустимо ввиду большой инерционности тепловых процессов по сравнению с электромагнитными.  Кроме того, зависимости свойств материала от температуры в большинстве своем ( кроме μ=f(τ) ) является близкими к линейным, что позволяет вводить в процессе решения усредненные параметры.

  На основании вышесказанного решение электромагнитной и тепловой задач будем рассматривать раздельно.

  Кроме рассмотренных двух задач в процессе нагрева возникает еще и задача термонапряжений, которые в отдельных случаях могут привести к разрушению нагреваемого тела. Эту задачу мы рассмотрим в численных методах.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

20047. Основные этапы обработки корпусных деталей. Обработка основных отверстий корпусных деталей. Обработка крепежных отверстий 27 KB
  Обработка основных отверстий корпусных деталей. Обработка крепежных отверстий. Для корпусных деталей характерно наличие точных и протяженных плоскостей и точных отверстий. Технологический процесс изготовления состоит из след этапов: 1 получение заготовки 2 термическая обработка 3 механическая обработка 4 изготовление основных отверстий 5 изготовление крепежных отверстий 6 изготовление уступов канавок углублений 7 снятие заусенцев и покрытие.
20048. Нарезание зубчатых колес методом копирования 48.5 KB
  Метод копирования заключается в том что профиль зуба инструмента соответствует профилю впадины колеса. Колеса нарезают на универсальнофрезерных станках. Сущность: Долбятся одновременно все впадины колеса.
20049. НАРЕЗАНИЕ ЗУБЧАТОГО КОЛЕСА МЕТОДОМ ОБКАТКИ ТЕХНОЛОГИЯ ПРИБОРОСТРОЕНИЯ 46.5 KB
  колес червячного колеса и колеса зубч. колеса и рейки с наложением некоторых доп. возможность одним инстром обрабатывать колеса с разным числом зубьев колеса с одним модулем.
20050. Зубоотделочные операции: шлифование, шевингование, хонингование, притирка, приработка 62.5 KB
  Шлифование. Шлифование методом копирования осуществляют шлифовальным кругом профиль которого соответствует профилю впадины м д зубьями. Шлифование производят последовательно т.
20051. Изготовление пластин и мостов. Методы обработки плоскостей. Методы получения отверстий 25.5 KB
  Методы получения отверстий.: точность размеров точность расположения отверстий относительно друг друга соосность сопряжённых поверхностей двух пластин или пластины и моста Пластины и мосты изготавливают из конструкционной стали 20 45 латуни Л62 ЛС591 алюмин. обработка плоскостей изготовление основных отверстий изготовление крепёжных отверстий изготовление уступов канавок и различных углублений снятие заусенцев и покрытий. Методы получения отверстий в...
20052. Электрохимический метод нанесения покрытий. Виды гальванических покрытий. Термодиффузионный способ. Металлизация распылением. Контроль качества покрытий 34 KB
  Виды гальванических покрытий. Контроль качества покрытий. Для получения металлических покрытий детали на специальных подвесках или приспособлениях подвешивают на катодную штангу.
20053. ХАРКТЕРИСТИКА ЛАКОКРАСОЧНЫХ ПОКРЫТИЙ. ТЕХНОЛОГИЯ НАНЕСЕНИЯ ЛАКОКРАСОЧНЫХ ПОКРЫТИЙ 54 KB
  Лакокрасочные покрытия Покрытия которые образуются в результате плёнкообразования высыхания лакокрасочных материалов нанесённых на поверхность изделий. Существуют также лакокрасочные покрытия специального назначения электроизоляционные флуоресцентные термоиндикаторные термостойкие бензо и маслостойкие и др. По внешнему виду покрытия делятся на: гладкие однотонные – высокоглянцевые глянцевые полуглянцевые матовые глубокоматовые; гладкие рисунчатые молотковые –...
20054. Сборка неразъемных соединений. Продольно-прессовые и поперечно-прессовые соединения. Соединения с натягом, собираемые с применением вибрационно-импульсного воздействия 49 KB
  Продольнопрессовые и поперечнопрессовые соединения. Соединения с натягом собираемые с применением вибрационноимпульсного воздействия. Принцип сборки прессовые соединения основан на деформации сопрягаемых деталей. Прессовые соединения м.
20055. Сборка неразъемных соединений. Клепаные соединения. Соединения завальцовкой. Сварные и паяные соединения 164 KB
  Клепаные соединения. Соединения завальцовкой. Сварные и паяные соединения. Клеевые соединения.